Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с компьютера пятого поколения )
Перейти к навигации Перейти к поиску

В Пятое поколение компьютерных систем ( FGCS ) была инициатива Японии Министерство международной торговли и промышленности (MITI), начатое в 1982 году, чтобы создать компьютеры с помощью массивно параллельных вычислений и логическое программирование . Он должен был стать результатом исследовательского проекта правительства / промышленности в Японии в 1980-х годах. Его целью было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и обеспечение платформы для будущих разработок в области искусственного интеллекта . Был также несвязанный российский проект, также названный компьютером пятого поколения (см. Кронос (компьютер) ).

Профессор Эхуд Шапиро в своей статье «Отчет о поездке» [1] (в которой основное внимание уделялось параллельному логическому программированию как программной основе проекта FGCS) изложил обоснование и мотивацию этого проекта:

«В рамках усилий Японии, направленных на то, чтобы стать лидером в компьютерной индустрии, Институт компьютерных технологий нового поколения запустил революционный десятилетний план развития больших компьютерных систем, которые будут применимы к системам обработки информации. компьютеры будут построены на основе концепций логического программирования. Чтобы опровергнуть обвинение в том, что Япония использует знания из-за границы, не внося никаких собственных, этот проект будет стимулировать оригинальные исследования и сделает их результаты доступными для международного исследовательского сообщества ".

Термин «пятое поколение» должен был передать систему как продвинутую. В истории вычислительной техники компьютеры, использующие электронные лампы, были названы первым поколением; транзисторы и диоды , вторые; интегральные схемы , третья; и те, кто использует микропроцессоры , четвертый. В то время как предыдущие поколения компьютеров были сосредоточены на увеличении количества логических элементов в одном процессоре, пятое поколение, как широко считалось в то время, вместо этого обратится к огромному количеству процессоров для повышения производительности.

Проект предусматривал создание компьютера в течение десятилетнего периода, после чего он считался завершенным и начинались инвестиции в новый проект «шестого поколения». Мнения по поводу его исхода разделились: либо это был провал, либо он опередил свое время.

Информация [ править ]

В конце 1965-х он был одним из самых используемых до начала 1970-х, много говорилось о «поколениях» компьютерного оборудования - обычно «трех поколениях».

  1. Первое поколение: термоэлектронные вакуумные лампы. Середина 1940-х годов. IBM первой использовала электронные лампы в подключаемых модулях. IBM 650 был компьютер первого поколения.
  2. Второе поколение: транзисторы. 1956. Начинается эра миниатюризации. Транзисторы намного меньше электронных ламп, потребляют меньше энергии и выделяют меньше тепла. Дискретные транзисторы припаяны к печатным платам, а межсоединения выполнены с помощью проводящих рисунков, экранированных по трафарету, на обратной стороне. IBM 7090 был компьютер второго поколения.
  3. Третье поколение: интегральные схемы (кремниевые микросхемы, содержащие несколько транзисторов). 1964 г. Новаторским примером является модуль ACPX, используемый в IBM 360/91, в котором за счет наложения слоев кремния на керамическую подложку размещается более 20 транзисторов на кристалле; микросхемы могут быть упакованы вместе на печатной плате для достижения беспрецедентной логической плотности. IBM 360/91 был гибридным компьютером второго и третьего поколения.

Из этой таксономии не вошли компьютер «нулевого поколения» на основе металлических шестерен (таких как IBM 407 ) или механических реле (таких как Mark I), а также компьютеры после третьего поколения, основанные на очень крупномасштабной интегрированной системе ( VLSI). ) схемы.

Существовал также параллельный набор поколений программного обеспечения:

  1. Первое поколение : машинный язык .
  2. Второе поколение : языки программирования низкого уровня, такие как язык ассемблера .
  3. Третье поколение : структурированные языки программирования высокого уровня, такие как C , COBOL и FORTRAN .
  4. Четвертое поколение : «непроцедурные» языки программирования высокого уровня (например, объектно-ориентированные языки) [2]

На протяжении этих нескольких поколений вплоть до 1970-х годов Япония создавала компьютеры, следуя примеру США и Великобритании. В середине 1970-х годов Министерство международной торговли и промышленности перестало следовать западным указаниям и начало смотреть в будущее вычислительной техники в малых масштабах. Они попросили Японский центр развития обработки информации (JIPDEC) указать ряд будущих направлений, а в 1979 году предложили трехлетний контракт на проведение более глубоких исследований вместе с промышленностью и академическими кругами. Именно в этот период начал использоваться термин «компьютер пятого поколения».

До 1970-х годов руководство MITI имело такие успехи, как усовершенствованная сталелитейная промышленность, создание нефтяного супертанкера , автомобильная промышленность, бытовая электроника и компьютерная память. MITI решил, что будущее за информационными технологиями . Однако японский язык , как в письменной, так и в устной форме, представлял и до сих пор является препятствием для компьютеров. В результате этих препятствий MITI провело конференцию, на которой обратилось за помощью к экспертам.

Основными областями исследования этого первоначального проекта были:

  • Компьютерные технологии логического вывода для обработки знаний
  • Компьютерные технологии для обработки крупномасштабных баз данных и баз знаний
  • Высокопроизводительные рабочие станции
  • Распределенные функциональные компьютерные технологии
  • Суперкомпьютеры для научных расчетов

Проект представлял собой «эпохальный компьютер» с производительностью суперкомпьютера, использующий массовые параллельные вычисления / обработку. Целью было создание параллельных компьютеров для приложений искусственного интеллекта с использованием параллельного логического программирования. Проект FGCS и его обширные результаты внесли большой вклад в развитие области параллельного логического программирования.

Целью, определенной проектом FGCS, была разработка «Системы обработки информации о знаниях» (грубо говоря, прикладного искусственного интеллекта ). Выбранный инструмент для реализации этой цели - логическое программирование . Подход логического программирования, как охарактеризовал один из его основателей Маартен Ван Эмден: [3]

  • Использование логики для выражения информации на компьютере.
  • Использование логики для представления проблем компьютеру.
  • Использование логического вывода для решения этих проблем.

Технически это можно описать двумя уравнениями:

  • Программа = Набор аксиом .
  • Вычисление = Доказательство утверждения из аксиом .

Обычно используемые аксиомы - это универсальные аксиомы ограниченной формы, называемые Horn-clauses или определенные-clauses . Утверждение, доказанное в вычислениях, является экзистенциальным утверждением [ необходима цитата ] . Доказательство является конструктивным и предоставляет значения для экзистенциально количественно определяемых переменных: эти значения составляют результат вычислений.

Логическое программирование считалось чем-то, что объединяет различные градиенты информатики ( программная инженерия , базы данных , компьютерная архитектура и искусственный интеллект ). Казалось, что логическое программирование было ключевым недостающим звеном между инженерией знаний и параллельными компьютерными архитектурами.

Проект представлял собой компьютер с параллельной обработкой, работающий поверх больших баз данных (в отличие от традиционной файловой системы ), использующий язык логического программирования для определения данных и доступа к ним. Они предполагали построить прототип машины с производительностью от 100M до 1G LIPS, где LIPS - это логический вывод в секунду. В то время типичные рабочие станции могли выполнять около 100 тыс. LIPS. Они предложили построить эту машину за десятилетний период, 3 года на начальные исследования и разработки, 4 года на создание различных подсистем и последние 3 года на завершение работающего прототипа системы. В 1982 году правительство решило продолжить проект и учредилоИнститут компьютерных технологий нового поколения (ICOT) через совместные инвестиции с различными японскими компьютерными компаниями.

В том же году, во время посещения ICOT, профессор Эхуд Шапиро изобрел Concurrent Prolog , новый язык параллельного программирования, объединяющий логическое программирование и параллельное программирование. Параллельный Пролог - это язык логического программирования, предназначенный для параллельного программирования и параллельного выполнения. Это процессно-ориентированный язык , который воплощает в себе синхронизацию потока данных и защищенную неопределенность команд в качестве основных механизмов управления. Шапиро описал язык в Отчете, помеченном как Технический отчет ICOT 003, [4], который представил интерпретатор параллельного Пролога.написано на Прологе. Работа Шапиро над Concurrent Prolog вдохновила на изменение направления FGCS с сосредоточения внимания на параллельной реализации Prolog к фокусированию на параллельном логическом программировании как программной основе проекта. Он также вдохновил Уэда на создание языка параллельного логического программирования Guarded Horn Clauses (GHC), который лег в основу KL1 , языка программирования, который, наконец, был разработан и реализован в рамках проекта FGCS в качестве основного языка программирования.

Реализация [ править ]

Вера в то, что параллельные вычисления - это будущее всего роста производительности, порожденного проектом пятого поколения, вызвала волну опасений в компьютерной сфере. После того , как японцы оказали влияние на сферу бытовой электроники в 1970-х и на автомобильный мир в 1980-х, в 1980-х годах японцы приобрели прочную репутацию. Вскоре параллельные проекты были созданы в США как Strategic Computing Initiative и Microelectronics and Computer Technology Corporation (MCC), в Великобритании как Alvey , а также в Европе как Европейская стратегическая программа исследований в области информационных технологий (ESPRIT). как Европейский центр исследований компьютерной индустрии(ECRC) в Мюнхене , сотрудничество между ICL в Великобритании, Bull во Франции и Siemens в Германии.

В конечном итоге было создано пять запущенных машин параллельного вывода (PIM): PIM / m, PIM / p, PIM / i, PIM / k, PIM / c. В рамках проекта также были созданы приложения для работы в этих системах, такие как система управления параллельными базами данных Kappa, система юридического обоснования HELIC-II и автоматическое средство доказательства теорем MGTP , а также приложения для биоинформатики .

Ошибка [ править ]

Проект FGCS не имел коммерческого успеха по причинам, аналогичным причинам, связанным с компаниями-производителями машин Lisp и Thinking Machines . В конечном итоге высокопараллельная компьютерная архитектура была превзойдена по скорости менее специализированным оборудованием (например, рабочими станциями Sun и машинами Intel x86 ). В результате проекта появилось новое поколение многообещающих японских исследователей. Но после проекта FGCS MITI прекратил финансирование крупномасштабных проектов компьютерных исследований, и импульс исследований, набранный в рамках проекта FGCS, рассеялся. Однако MITI / ICOT приступили к реализации проекта шестого поколения в 1990-х годах.

Основная проблема заключалась в выборе параллельного логического программирования в качестве моста между параллельной компьютерной архитектурой и использованием логики в качестве языка представления знаний и решения проблем для приложений ИИ. Это никогда не происходило чисто; был разработан ряд языков, каждый со своими ограничениями. В частности, функция обязательного выбора в параллельном программировании с ограничениями мешала логической семантике языков. [5]

Другая проблема заключалась в том, что существующая производительность ЦП быстро преодолела барьеры, которые эксперты воспринимали в 1980-х годах, и ценность параллельных вычислений упала до такой степени, что некоторое время они использовались только в нишевых ситуациях. Несмотря на то, что ряд рабочих станций увеличивающейся мощности был спроектирован и построен в течение всего срока реализации проекта, они, как правило, вскоре оказались уступающими по производительности готовым к продаже модулям.

Проекту также не удалось сохранить постоянный рост. За время своего существования графические интерфейсы пользователя стали широко использоваться в компьютерах; Интернет позволило локально хранятся базы данных , чтобы распределиться; и даже простые исследовательские проекты обеспечили лучшие реальные результаты в области интеллектуального анализа данных. [ необходима цитата ] Более того, проект обнаружил, что обещания логического программирования в значительной степени сводятся на нет использованием совершенного выбора. [ необходима цитата ]

В конце десятилетнего периода проект потратил более 50 миллиардов йен (около 400 миллионов долларов США по обменному курсу 1992 года) и был прекращен, не достигнув поставленных целей. Рабочие станции не были привлекательными на рынке, где системы общего назначения теперь могли заменить их и превзойти их по производительности. Это параллельно с рынком машин на Лиспе, где системы на основе правил, такие как CLIPS, могут работать на компьютерах общего назначения, делая ненужными дорогие машины на Лиспе. [6]

Опережая свое время [ править ]

Хотя и не добившись большого успеха, многие из подходов, предусмотренных в проекте пятого поколения, такие как логическое программирование, были распределены по огромным базам знаний и теперь заново интерпретируются в современных технологиях. Например, язык веб-онтологий (OWL) использует несколько уровней систем представления знаний на основе логики. Однако похоже, что эти новые технологии представляют собой переосмысление, а не усиление подходов, исследуемых в рамках инициативы пятого поколения.

В начале 21 века начали распространяться многие разновидности параллельных вычислений , включая многоядерные архитектуры на низком уровне и массово параллельную обработку на высоком уровне. Когда тактовые частоты процессоров стали переходить в диапазон 3–5 ГГц, рассеяние мощности процессора и другие проблемы стали более важными. Способность промышленности производить все более быстрые однопроцессорные системы (связанные с законом Мура о периодическом удвоении количества транзисторов) оказалась под угрозой. Обычные потребительские машины и игровые консоли начали иметь параллельные процессоры, такие как Intel Core , AMD K10., и Cell . Производители видеокарт, такие как Nvidia и AMD, начали внедрять большие параллельные системы, такие как CUDA и OpenCL . И снова, однако, неясно, каким-либо образом способствовал этим разработкам проект «Пятое поколение».


Подводя итог, можно сказать, что проект пятого поколения был революционным, но все же имел некоторые недостатки. [7]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Шапиро, Эхуд Ю. «Проект пятого поколения - отчет о поездке». Сообщения ACM 26.9 (1983): 637-641.
  2. ^ http://www.rogerclarke.com/SOS/SwareGenns.html
  3. ^ Ван Эмден, Маартен Х. и Роберт А. Ковальски. «Семантика логики предикатов как языка программирования». Журнал ACM 23.4 (1976): 733-742.
  4. ^ Шапиро Э. Подмножество параллельного пролога и его интерпретатор, Технический отчет ICOT TR-003, Институт компьютерных технологий нового поколения, Токио, 1983. Также в параллельном прологе: Сборник статей, Э. Шапиро (ред.), MIT Press, 1987, Глава 2.
  5. ^ Карл Хьюитт. Устойчивость к несогласованности в логическом программировании ArXiv 2009.
  6. ^ Хендлер, Джеймс (1 марта 2008). «Как избежать еще одной зимы искусственного интеллекта» (PDF) . Интеллектуальные системы IEEE . 23 (2): 2–4. DOI : 10.1109 / MIS.2008.20 . Архивировано из оригинального (PDF) 12 февраля 2012 года.
  7. ^ Одагири, Хироюки; Накамура, Йошиаки; Сибуя, Минору (1997). «Исследовательские консорциумы как средство фундаментальных исследований: пример компьютерного проекта пятого поколения в Японии» . Политика исследований . 26 (2): 191–207. DOI : 10.1016 / S0048-7333 (97) 00008-5 .